KR20100136897A

KR20100136897A - 믹서 및 이젝터를 가진 풍력 터빈

Info

Publication number: KR20100136897A
Application number: KR1020097022228A
Authority: KR
Inventors: 왈터 엠. 주니어 프레스즈; 마이클 제이. 웰르
Original assignee: 프로디자인 윈드 터빈 코포레이션
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-12-29
Also published as: JP5483484B2; IL201143A0; RU2455522C2; CN102216604B; US8021100B2; CN101730794A; WO2009120176A3; US7976268B2; NZ585269A; JP2011515613A; WO2009120176A2; RU2009139067A; CA2681830A1; CN101730794B; US20090087308A2; US20100068029A1; WO2009120176A8; MX2009010248A; CN102216604A; US20110229302A1

Abstract

풍력 터빈의 작동 유효성과 효율성을 향상시키기 위한 방법이 기재된다. 본 출원인의 방법은: 다음과 같은 단계에 의해서, 나팔 모양 입구를 가지는 터빈 덮개와, 임펠러 블레이드의 링을 가지는 임펠러 하류부를 가지는 형태를 구비하는 축류식 풍력 터빈을 위해 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 발생시키기 위한 단계를 포함하고, 상기 다음의 단계는,주변 공기의 주 공기 스트림을 터빈 덮개를 통하여 그리고 상기 나팔 모양 입구 내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계; 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림은 상기 임펠러로 에너지를 전달하는 단계 및; 주변 공기의 보조 공기 스트림을 상기 임펠러 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 임펠러를 통과하였던 주 공기 스트림만을 오직 동반하여 믹싱하는 단계이다. 뜨거운 코어의 배출 가스와 또한 믹스하는 가스 터빈 믹서 및 이젝터와는 다르게, 본 출원인의 양호한 방법은, 주변 공기(즉, 바람)를 상기 터빈 덮개 및 로터를 통과하였던 낮은 에너지 공기(즉, 부분적으로 소비된 공기)만을 오직 동반하여 믹스한다. 또한, 본 출원인의 방법은, 비변칙적인 주기에 걸쳐서 상기 축류식 풍력 터빈의 작동 효율을 베츠 한계를 초과하면서 기계적 에너지를 발생시키기 위하여 상기 주 공기 스트림의 파워를 이용하는 단계를 또한 포함한다.

풍력 터빈, 믹서, 이젝터, 스테이터 베인, 임펠러, 터빈 스테이지

Description

믹서 및 이젝터를 가진 풍력 터빈{WIND TURBINE WITH MIXERS AND EJECTORS}

본 출원은 2007년 3월 23일자 출원된 본 출원인의 미국 가특허출원 제 60/919,588 호(이후, "출원인의 가출원"으로 칭함)의 우선권을 주장하고, 2008년 3월 24일자 출원한 동시 계류중인(co-pending) 실용특허출원 제 12/054,050 호(이후, "출원인의 모 출원"으로 칭함)의 일부 계속 출원이다. 본 출원인은 본 출원인의 모 출원과 출원인의 가출원의 설명 전체를 참조로 본원에 합체한다.

본 발명은 일반적으로 풍력 터빈(wind turbine)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 풍력 터빈(wind turbine)용 장치에 관한 것이다.

풍력 터빈은 이동하는 공기 스트림(stream)으로 향하는 "로터(rotor)"로 불리우는 프로펠러형 디바이스를 통상적으로 포함한다. 공기가 로터에 부딪힐 때에, 로터가 그 중심에 대하여 회전을 일으키도록 상기 공기는 상기 로터 상에 힘을 발생시킨다. 상기 로터는 기어, 벨트, 체인 또는 다른 수단과 같은 링키지(linkage)를 통하여 발전기 또는 기계적인 디바이스에 연결된다. 상기 터빈은 일반적으로 발전 및 배터리 동력 공급용으로 사용된다. 또한, 이들은 회전 펌프 및/또는 가동 기계부품을 구동하기 위하여 사용된다. 이러한 각 터빈을 서로 및/또는 둘러싸인 환경에서 최소 충격으로 최대 동력 추출을 허용하도록 설계되는 기하학적 패 턴(geometric pattern)을 가지고, 다수의 이러한 터빈을 포함하는 대용량의 전기를 발생시키는 "풍력 기지(wind farm)"에서 풍력 터빈을 찾는 것은 매우 흔한 것이다.

직경에 비교하여 매우 큰 폭을 가지는 스트림에 위치될 때에, 유체 동력을 회전 동력을 변환하기 위한 로터의 능력은, 1926년 에이. 베츠(A. Betz)에 의하여 규정되며 "베츠" 한계(Betz limit)로 공지된, 마주오는 스트림의 동력(oncoming stream's power)의 59.3%의 잘 규정된 이론값에 의해 제한된다. 이러한 생산성의한계는 종래 기술인 도 1A에 도시된 종래의 다익 축류식 풍력/수력 터빈에 특히 적용된다.

풍력 터빈 성능 포텐셜을 상기 "베츠" 한계를 넘어서 증가시키기 위한 노력이 이루어져 왔었다. 상기 로터를 둘러싸는 덮개(shroud) 또는 덕트가 사용된다. 예를 들면, 하이얼(Hiel) 등에게 허여된 미국 특허 제 7,218,011 호(도 1B 참조); 데 제우스(de Geus)에게 허여된 미국 특허 제 4,204,799 호(도 1C 참조); 오만(Oman) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,075,500 호(도 1D 참조) 및; 토처(Tocher)에게 허여된 미국 특허 제 6,887,031 호를 참조한다. 적절하게 설계된 덮개는 마주오는 흐름이 상기 덕트의 중심내로 집중될 때에 그 속도를 상승시킨다. 일반적으로, 적절하게 설계된 로터에 있어서, 상기 증가된 유속은 상기 로터 상에 보다 큰 힘을 발생시키고, 계속해서 보다 높은 레벨의 전력 추출(power exraction)을 발생시킨다. 종종이긴 하지만, 상기 로터 블레이드(blade)는 보다 강력한 바람에 포함된 전단력 및 인장력으로 인하여 파손된다(break apart).

상기 베츠 한계의 두배의 값이 이른바 기록되어 왔지만, 인정되지는 않았다. 1976년 10월, 아갈 오.(Igar, O.)의 AIAA 저널, 1481-83페이지, 풍력발전기용 덮개(Aerogenerator); 1981년, 이갈 앤드 오저(Igar & Ozer)의 에너지 콘즈. 앤드 매니지먼트(Energy Cons. & Management) 21권 13-48페이지의 덮개식 풍력 터빈의 연구와 발전(Research and Development for Shrouded Wind Turbines)의 21권 13-48를 참조하고; 출원인("출원인의 AIAA 기술 노트")에 의하여 작성되고 공보용으로 수용된 제목이 "덕트된 풍력/수력 터빈 및 개정된 프로펠러"(Ducted Wind/Water Turbines and Propellers Revisited)의 AIAA 기술 노트를 참조한다. 복사본은 출원인의 IDS(Information Disclosure Statement)에서 찾을 수 있다. 그러나, 이러한 청구는 실제 지지되지 않고 있고, 현존하는 테스트 결과는 실질적인 풍력 터빈 적용에서 그와 같은 게인(gain)의 실행가능성을 확인시켜주지 못하고 있다.

이러한 증가된 동력 및 효율을 성취하기 위하여, 때때로 높은 가변성의 흡입되는 유체 스트림 속도 레벨과, 상기 덮개 및 로터의 공기역학적인 디자인을 밀접하게 조화시키는 것이 필요하다. 또한, 이러한 공기역학적인 설계의 고려는 이들의 주변에서 유동 터빈의 계속적인 충격(subsequent imapact)과 풍력기지 설계의 생산성 레벨에 중요한 역할을 담당한다.

이젝터(ejector)는 흐름을 시스템내로 끌어들이고, 따라서 상기 시스템을 통한 유량을 증가시키는 잘 공지되어 있고, 규정된 유체 제트 펌프이다. 믹서/이젝터(mixer/ejector)는 유입하는 흐름 상태에 비교적 민감한 이러한 제트 펌프의 짧고 컴팩트한 버전(short compact version)으로서, 음속 근처이거나 그 이상의 흐름 속도를 포함하는 고속의 제트 추진 적용에서 광범위하게 사용되어져 왔다. 예를 들면, 배출로부터 노이즈를 감소시키면서 스러스트(thrust)를 증가시키기 위하여 하류의 믹서(mixer downstream)를 또한 사용하는 닥터 왈터 엠. 브레스즈, 주니어(Dr. Walter M. Presz, Jr.)의 미국 특허 제 5,761,900 호를 참조한다. 닥터 프레스즈는 본 출원의 공동 발명자이다.

가스 터빈 기술은 축류식 풍력 터빈에 아직까지 성공적으로 적용되지 않고 있다. 이것의 단점에는 다수의 원인이 있다. 현존하는 풍력 터빈은 풍력 에너지를 추출하기 위하여 덮개가 없는(non-shrouded) 터빈 블레이드를 일반적으로 사용한다. 결과적으로, 상기 풍력 터빈 블레이드에 접근하는 상당한 양의 흐름이 상기 블레이드를 통하는 것이 아니라 주위를 흐르게 된다. 또한, 그것이 현존하는 풍력 터빈에 접근할 때에 상기 공기 속도는 상당히 감소하게 된다. 이들의 2가지 영향은 낮은 유량의 터빈 관통 속도를 발생시킨다. 이러한 낮은 속도는 스테이터/로터(stator/rotor) 개념과 같이 가스 터빈 기술의 잠재적인 이점을 최소화시킨다. 이전의 덮개식 풍력 터빈의 접근은 터빈 블레이드 속도를 증가시키기 위하여 출구 디퓨져(exit diffuser)에 초점을 맞추고 있었다. 디퓨져는 양호한 성능을 위해서는 긴 길이를 요구하고, 마주오는 흐름 변화에 매우 민감한 경향이 있다. 이렇게 길고 흐름에 민감한 디퓨져는 풍력 터빈 설치에 실용적이지 못하다. 짧은 디퓨져는 속도를 잃게 하고, 실질적인 적용에서 작용을 하지 않는다. 또한, 필요한 하류 디퓨젼(downstream diffusion)은 가속된 속도에서 원하는 터빈 에너지 추출로 가능하지 않을 수 있다. 이러한 영향들은 가스 터빈 기술을 사용하는 보다 효율적인 풍력 터빈에서 이전의 모든 시도를 실패케 하였다.

따라서, 본 발명의 주 목적은, 상기 베츠 한계를 훨씬 넘는 지속가능한 레벨의 동력을 일관되게 보내기 위하여 풍력 터빈에 개량된 유체 동역학적인 믹서/이젝터(mixer/ejector) 펌프 원리를 채용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 주 목적은, 풍력 기지에서 발견되는 것과 같이 그 근처에 위치되는 주변 환경상에서 부수적인 흐름 필드(attendant flow field)의 충격을 최소화하고 그 생산성을 증가시키기 위하여, (풍력 터빈용)의 독특한 흐름 믹싱을 채용하는 축류식 풍력 터빈의 향상된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 주 목적은, 축류식 풍력 터빈의 로터를 통하여 보다 많은 흐름을 발생시키고, 그 다음 터빈을 나오기 이전에 보다 높은 에너지 바이패스(bypass) 바람 흐름과 보다 낮은 에너지 출구 흐름을 빠르게 믹스하는 향상된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 주 목적은, 풍력 기지에서 발견되는 것과 같이 그 근처에 위치되는 주변 환경상에서 부수적인 흐름 필드(attendant flow field)의 충격을 최소화하고 그 생산성을 증가시키기 위하여, (풍력 터빈용)의 독특한 흐름 믹싱과 제어 디바이스를 채용하는 향상된 풍력 터빈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 주목적은, 상기 로터를 통하여 보다 많은 공기 흐름을 펌핑하고 그 다음 상기 시스템을 나오기 이전에 높은 에너지의 바이패스 바람 흐름(bypass wind flow)과 낮은 에너지의 터빈 출구 흐름을 빠르게 믹스하는 향상된 풍력 터빈을 제공하는 것이다.

상술된 목적과 동일하게, 설치되는 영역에서 비교적 조용하고 안전하게 사용 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 구체적인 목적이다.

상기 베츠 한계를 넘어서 풍력 터빈의 지속가능한 효율을 향상하기 위한 방법 및 장치가 기재된다. 상기 방법 및 장치는, 소음 레벨을 낮추면서, 현존하는 풍력 터빈과 비교하여서 본 출원인의 독특한 풍력 터빈의 작동 효율을 증가시키기 위하여 유체 동역학적 이젝터 개념과 향상된 흐름 믹싱을 사용한다.

본 출원의 양호한 장치는 믹서/이젝터 풍력 터빈("MEWT"로 약칭됨)이다. 양호한 "장치" 실시예에서, 축류식 터빈인 상기 MEWT는 하류로 가면서 순서대로 다음을 포함한다: 나팔 모양(flared) 입구를 가지는 터빈 덮개; 상기 덮개 내에 있는 스테이터의 링(ring of stator); 상기 스테이터와 "직렬로 있는"(in line with) 임펠러 블레이드의 링을 가지는 임펠러; 상기 터빈 덮개에 부착되며 상기 임펠러 블레이드를 넘어서 하류로 연장되는 믹싱 로브의 링(ring of mixing lobe)을 가지는 믹서; 상기 믹싱 로브의 링(예를 들면, 미국 특허 제 5,761,900 호에 도시된 것과 같은)과 상기 믹싱 로브를 넘어서 하류로 연장되는 믹싱 덮개를 포함하는 이젝터. 상기 터빈 덮개, 믹서 및 이젝터는 상기 터빈을 통한 최대량의 유체를 끌어들이고(draw), 또한 그 결과 환경에 대한 충돌(예를 들면, 노이즈)과 다른 동력 터빈에 대한 충돌(예를 들면, 구조적인 손실 또는 생산성 손실)을 최소화하기 위하여 설계되고 정렬된다. 종래 기술과는 다르게, 상기 양호한 MEWT는 로브되거나 슬롯된(lobed or slotted) 믹서 및/또는 하나 이상의 이젝터 펌프와 같은 향상된 흐름 믹싱 및 제어 디바이스를 가지는 덮개를 포함한다. 이러한 믹서/이젝터 펌프는 항공기 산업에 사용되는 것과는 상당히 다른데, 왜냐하면 높은 에너지의 공기 흐름이 이젝터 입구 내로 흘러서 외향으로 둘러싸며, 상기 터빈 덮개를 나가는 낮은 에너지의 공기로 펌핑 및 믹스하기 때문이다.

이러한 제 1의 양호한 "장치" 실시예에서, 상기 MEWT는, 터빈 덮개의 말단 영역(terminus region)(즉, 상기 터빈 덮개의 단부)에서 믹싱 디바이스를 합체시키는 나팔모양 입구를 가지는 터빈 덮개와, 상기 터빈 덮개의 후미(aft)에 중첩되고, 그 자체가 말단 영역에서 향상된 믹싱 디바이스를 합체시킬 수 있는 분리된 이젝터 덕트에 의하여 둘러싸이는 축류식 풍력 터빈을 포함한다.

다른 "장치" 실시예에서, 상기 MEWT는, 터빈 덮개의 말단 영역에서 믹싱 디바이스를 합체시키는 공기역학적 외형의 터빈 덮개에 의하여 둘러싸이는 축류식 풍력 터빈을 포함한다.

넓은 개념에서, 양호한 방법은, 다음의 단계에 의하여 나팔 모양의 입구를 가지는 터빈 덮개와 임펠러 블레이드의 링을 가지는 하류의 임펠러를 가지는 형태의 풍력 터빈(양호하게는 축류식 풍력 터빈)을 위해 베츠 한계 이상으로 동력 레벨을 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 다음의 단계는, 주변 공기의 주 공기 스트림을 터빈 덮개내로 수용하고 향하게 하는 단계와; 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림은 상기 임펠러로 에너지를 전달하는 단계 및; 주변 공기의 보조 공기 스트림을 상기 임펠러 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 임펠러를 통과한 주 공기 스트림 만을 오직 동반하여 믹싱하는 단계이다.

다른 방법은, 주변 공기를 오직 상기 로터 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 터빈 덮개와 로터를 통과한 낮은 에너지 공기만을 동반하여 믹싱함으로써, 나팔 모양 입구를 가지는 터빈 덮개와 하류부의 프로펠러형 로터를 가지는 풍차를 위해 베츠 한계 이상으로 동력 레벨을 발생시키는 단계를 포함한다.

양호한 방법 및 장치의 제 1 원리를 기초로 하는 이론적 분석(theoretical analysis)은, 상기 MEWT가 동일한 전방 영역에서 비덮개식 대응물(un-shrouded counterpart)의 동력의 3배 이상을 발생시킬 수 있고, 풍력 기지의 생산성을 2배 이상으로 증가시킬 수 있다는 것을 나타낸다.

본 출원인은, 이들의 이론적 분석을 기초로 하여서, 상기 양호한 방법 및 장치는 동일한 크기의 종래의 풍력 터빈의 현존 동력의 3배를 발생시킬 것이라는 것을 믿는다.

본 발명의 다른 목적 및 장점은, 첨부된 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.

도 1A, 1B, 1C 및 1D는 종래 터빈의 예를 도시하는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따라서 구성된 양호한 MEWT 실시예의 분해도이다.

도 3은 지지 타워(support tower)에 부착된 상기 양호한 MEWT의 전방 사시도이다.

도 4는 임펠러에 부착되는 휠 형상 구조의 형태로 된 동력 테이크오프(power takeoff)와 같은 내부 구조를 도시하기 위하여, 절취된 부분을 가지는 양호한 MEWT 의 전방 사시도이다.

도 5는 도 4에서 스테이터, 임펠러, 동력 테이크오프 및 지지축 만을 도시하는 전방 사시도이다.

도 6은 이젝터 덮개의 말단 영역(즉, 단부)상에서 믹서 로브를 가지는 믹서/이젝터 펌프를 구비하는 양호한 MEWT의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

도 7은 도 6의 MEWT의 측단면도이다.

도 8은 지지 타워에 상기 MEWT를 회전가능하게 부착시키기 위한 회전가능한 커플링(도 7에서의 원으로 표시한 부분) 및, 기계적으로 회전가능한 스테이터 블레이드 변경예의 확대도이다.

도 9는 프로펠러형 로터를 가지는 MEWT의 전방 사시도이다.

도 10은 도 9의 MEWT의 후방 사시도이다.

도 11은 도9의 MEWT의 후방도이다.

도 12는 도 11의 시선 12-12를 따라 취한 단면도이다.

도 13은 도 9의 MEWT의 전방도이다.

도 14는 흐름 제어를 하기 위한 2개의 피봇가능한 블록커(blocker)를 도시하는 도 13의 시선 14-14를 따라 취한 측단면도이다.

도 15는 도 14의 원으로 표시된 블록커의 확대도이다.

도 16은 바람을 정렬하기 위하여 2개의 선택적인 피봇식 윙-태브(pivoting wing-tab)를 가지는 MEWT의 다른 변경예를 도시하는 도면이다.

도 17은 도 16의 MEWT의 측단면도이다.

도 18은 터빈 덮개(여기에서, 믹싱 로브)와 이젝터 덮개의 말단 영역에서 믹싱 디바이스(여기에서, 슬롯의 링)를 가지는 2-스테이지 이젝터를 합체시킨 MEWT의 다른 실시예의 정면도이다.

도 19는 도 18의 MEWT의 측단면도이다.

도 20은 도 18의 MEWT의 후방도이다.

도 21는 도 18의 MEWT의 전방 사시도이다.

도 22는 상기 터빈 덮개와 이젝터 덮개의 말단 영역에서 2-스테이지 이젝터와 믹싱 로브를 합체시키는 MEWT의 다른 실시예의 전방 사시도이다.

도 23은 도 22의 MEWT의 후방 사시도이다.

도24는 도 22의 터빈 덮개내에 선택적인 음향 라이닝(acoustic lining)을 도시하는 도면이다.

도 25는 비원형 덮개 구성품을 가지는 MEWT를 도시하는 도면이다.

도 26은 상기 터빈 덮개의 말단 영역(즉, 단부)상에서 믹서 로브를 가진 양호한 MEWT의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

보다 상세하게, 도 2 내지 25를 참조하면, 상기 도면들은 출원인의 장치인 "믹서 및 이젝터를 가진 풍력 터빈"("MEWT")의 실시예를 도시한다.

양호한 "장치" 실시예(도 2,3,4,5 참조)에서, 축류식 풍력 터빈인 상기 MEWT(100)는 다음을 포함한다: 즉,

(a) 공기역학적 외형의 터빈 덮개(102);

(b) 상기 터빈 덮개(102)내에 부착된 공기역학적 외형의 중심체(center body)(103);

(c) 상기 중심체(103)를 둘러싸고 있는 터빈 스테이지(104)로서, 상기 터빈 스테이지는, 스테이터 베인(예를 들어, 108a)의 스테이터 링(106)과, 상기 스테이터 베인의 하류에서 "직렬"로 있는 임펠러 또는 로터 블레이드(예를 들어, 112a)(즉, 상기 임펠러 블레이드의 도입 모서리(leadind edge)는 상기 스테이터 베인의 말단 모서리(trailing edge)와 실질적으로 정렬되어 있다)를 가지는 임펠러 또는 로터(110)를 포함하며,

(i) 상기 스테이터 베인(예를 들어, 108a)은 상기 중심체(103)상에 장착되며;

(ii) 상기 임펠러 블레이드(예를 들어, 112a)는 상기 중심체(103)상에 장착되는 내부 및 외부 링 또는 후프(hoop)에 의하여 부착되어서 함께 유지되는,

상기 터빈 스테이지(104);

(d) 상기 터빈 덮개(102)의 말단 영역(예를 들어, 단부)상에서 믹서 로브(120a)의 링을 가지는 믹서(118)로서, 상기 믹서 로브(예를 들어, 120a)는 상기 임펠러 블레이드(예를 들어, 112a)를 넘어서 하류로 연장되는 상기 믹서;

(e) 미국 특허 제 5,761,900 호에 도시된 이젝터 로브와 유사한 프로파일을 가지고, 상기 터빈 덮개상의 믹서 로브(예를 들어, 120a)의 링을 둘러싸는 덮개(128)를 포함하는 이젝터(122)로서, 상기 믹서 로브(예를 들어, 120a)는 하류로 그리고 상기 이젝터 덮개(128)의 입구(129)내로 연장되는 상기 이젝터를,

포함한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 MEWT(100)의 중심체(103)는, 상기 터빈 브레이크의 웨이크(wake)가 상기 지지 타워를 때릴 때에, 통상적인 풍력 터빈에 의하여 발생되는 해롭고, 귀찮은 긴 거리로 전파되는 저주파 음향을 제거하기 위하여, 스테이터 링(106)(또는 다른 수단)을 통하여 상기 터빈 덮개(102)에 양호하게 연결된다. 상기 터빈 덮개(102) 및 이젝터 덮개(128)의 공기역학적 프로파일은 상기 터빈 로터를 통한 흐름을 증가시키기 위하여 양호하게는 공기역학적으로 캠버(camber)된다.

양호한 실시예(100)에서 최적의 효율을 위하여, 본 출원인은 터빈 덮개(102)의 출구 면적(exit area)에 대한 상기 이젝터 덮개(128)의 출구 면적으로 정의되는 상기 이젝터 펌프(122)의 면적비가 1.5 내지 3.0이 될 것이라는 것을 계산하였다. 상기 믹서 로브(예를 들어, 120a)의 수는 6 내지 14가 된다. 각 로브는 5 내지 25도의 내부 및 외부 말단 모서리 각도를 가질 것이다. 상기 주 로브의 출구 위치는 상기 이젝터 덮개(128)의 입구(129) 또는 도입 위치에서, 또는 그 근처에서 있을 것이다. 상기 로브 채널의 높이-대-폭의 비(height-to-width ratio)는 0.5 내지 4.5가 될 것이다. 상기 믹서의 관통율(penetration)은 50% 내지 80%가 될 것이다. 상기 중심체(103)의 플러그 말단 모서리 각도는 30도 이하가 될 것이다. 상기 전체 MEWT(100)의 길이 대 직경(L/D)은 0.5 내지 1.25가 될 것이다.

본 출원인에 의하여 수행되는 상기 양호한 MEWT(100)의 제 1 원리를 기초로 하는 이론적 분석은, 상기 MEWT는 동일한 전방 영역에서 비덮개식 대응물의 동력에 3배 이상을 발생할 수 있고; 상기 MEWT는 풍력 기지의 생산성을 2배 이상 증가시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 이들의 이론적 분석에 사용되는 방법론과 공식에 대해서는, 상술된 배경기술에 기재된 바와 같이, 본 출원의 AIAA 기술적 노트를 참조한다.

이들의 이론적 분석을 기초로 하여서, 본 출원인은 이들의 양호한 MEWT 실시예(100)가 동일한 크기의 종래의 풍력 터빈(도 1A에 도시됨)의 현존하는 동력의 3배를 발생시킬 것이라고 믿고 있다. 본 출원의 결합된 믹서 및 이젝터는 전통적인 풍차(wind mill)의 로터내로 끌려들어가는 공기 부피의 2 또는 3배를 관련된 터빈 로터내로 끌어들인다.

프로펠러형 로터(도 1 참조)를 가지는 전통적인 풍차(풍력 터빈으로 알려진)는 바람을 회전 동력 그리고 전력으로 변환한다. 이러한 로터는 이론적으로 마주오는 스트림 동력의 최대 59.3% 만을 변환할 수 있다. 상기 59.3%의 효율은 본 발명의 배경기술에서 설명한 바와 같이 "베츠" 한계로 알려져 있다.

이들의 양호한 방법 및 장치는 동등한 전방 영역(comparable frontal area)을 가지는 전통적인 풍력 터빈에 의하여 변환되는 공기 부피를 적어도 2 또는 3배율로 증가시키므로, 본 출원인은 이들의 양호한 방법 및 장치가 상기 베츠 한계를 넘어서는 유사한 양으로 작동 효율을 유지할 수 있다는 것을 확신한다. 본 출원인은 이들의 다른 실시예도 물론 충분한 바람에 따라서 상기 베츠 한계를 일관되게(consistently) 초과할 것이라는 것을 믿는다.

간략하게 말하면, 상기 MEWT의 양호한 "장치" 실시예(100)는, 터빈 덮 개(102)의 말단 영역(즉, 단부)에서 믹싱 디바이스를 합체시키는 공기역학적 외형의 터빈 덮개(즉, 나팔모양 입구를 가진 덮개)(102)에 의하여 둘러싸인 축류식 터빈(예를 들면, 스테이터 베인 및 임펠러 블레이드) 및; 상기 터빈 덮개(102)의 후미에서 중첩되고, 그 자체가 말단 영역에서 향상된 믹싱 디바이스(예를 들면, 믹싱 로브)를 합체시킬 수 있는 분리된 이젝터 덮개(예를 들면, 128)를 포함한다. 상기 이젝터 덮개(128)와 결합되는 본 출원인의 믹서 로브(예를 들면, 120a)의 링(118)은 믹서/이젝터 펌프로 고려될 수 있다. 이러한 믹서/이젝터 펌프는 상기 풍력 터빈의 작용 효율에 대해 베츠 한계를 일관되게 초과하기 위한 수단을 제공한다.

또한, 본 출원인은 도 2, 3에 도시된 MEWT의 양호한 실시예(100)에 부가적인 정보를 제공한다. 이것은 중심체(103)상에 장착되어 있으며, 상기 이젝터 덮개(128)의 입구면에서 조금 삽입되는 말단 모서리를 가진 매입된(embedded) 믹서 로브(예를 들면, 120a)를 구비한 터빈 덮개(102)에 의하여 둘러싸인 중심체(103)상에 장착되는 터빈 스테이지(104)(즉, 스테이터 링(106) 및 임펠러(110)를 가진)를 포함한다. 상기 터빈 스테이지(104)와 이젝터 덮개(128)는 그 자체가 원리상 하중 지탱 부재(load carrying member)인 터빈 덮개(102)에 구조적으로 연결된다.

상기 터빈 덮개(102)의 길이는 상기 터빈 덮개의 최대 외경 이하이다. 상기 이젝터 덮개(128)의 길이는 상기 이젝터 덮개의 최대 외경 이하이다. 상기 중심체(103)의 외면은 상기 MEWT(100)의 하류에서 흐름 분리의 영향을 최소로 하기 위하여 공기역학적 외형으로 된다. 이것은 상기 터빈 덮개(102) 또는 이젝터 덮개(128)의 길이, 또는 이들의 결합된 길이 보다 더 길거나 또는 더 짧을 수 있다.

상기 터빈 덮개의 입구 면적과 출구 면적은 터빈 스테이지(104)에 의하여 점유되는 환형의 면적 이상이지만, 흐름 소스(source)와 그기에 따른 작동 충격을 보다 양호하게 제어할 수 있도록 형상이 원형일 필요는 없다. 상기 중심체(103)와 상기 터빈 덮개(102)의 내부면사이의 환형에 의하여 형성되는 내부 흐름 경로 단면적은 터빈의 평면에서 최소 영역을 가지도록, 그리고 다르게는 이들의 각 입구면으로부터 이들의 출구면까지 스무스하게 변하도록 공기역학적으로 형성된다. 상기 터빈 및 이젝터 덮개의 외부면은 상기 터빈 덮개 입구내로의 흐름을 안내하고, 이들의 표면으로부터 흐름 분리를 제거하며, 상기 이젝터 입구(129)내로 스무스한 흐름을 보내는 것을 돕도록 공기역학적으로 형성된다. 형상이 비원형으로 될 수 있는(예를 들면 도 25 참조) 상기 이젝터(128)의 입구 면적은 상기 믹서(118)의 출구면 면적보다 더 크고, 상기 이젝터의 출구면 영역은 또한 형상이 비원형으로 될 수 있다.

양호한 본 실시예(100)의 선택적인 특징은 다음을 포함할 수 있다: 즉, 휠 형상 구조 형태로 되어 있으며, 상기 임펠러(110)의 외부림에서 전력 발전기(도시하지 않음)로 기계적으로 링크되는 동력 테이크오프(130)(도 4 및 5 참조)와; 상기 MEWT(100)를 회전가능하게 지지하며, 상기 MEWT를 자체 정렬시키기 위하여 상기 MEWT상에 압력 중심 위치의 전방에 위치되는 도면부호 134에서의 회전가능한 커플링(도 5 참조)을 가진 수직 지지축(132) 및; 서로 다른 바람 스트림을 가지고 정렬 방향을 안정화시키기 위하여 이젝터 덮개(128)의 상부 및 하부면에 부착되는 자체 이동식 수직 안정기 또는 "윙-태브"(136)(도 4 참조)를 포함한다.

MEWT(100)는 거주지 근처에 사용될 때, 상기 스테이터(106) 웨이크와 임펠러의 상호 작용에 의하여 발생되는 비교적 높은 주파수 음파를 흡수하고 따라서 궁극적으로는 제거하기 위하여 덮개(102,128)의 내부면에 부착되는 음향 흡수재(138)(도 24 참조)를 가질 수 있다. 상기 MEWT는 안전한 블레이드 격납 구조(containment structure)(도시하지 않음)를 또한 포함할 수 있다.

도 14, 15는 선택적인 흐름 차단 도어(flow blockage door)(140a,140b)를 도시한다. 높은 유속에 기인하여 상기 발전기 또는 다른 구성품에의 손상이 생길 가능성이 있을 때, 상기 차단 도어는 상기 터빈(100)을 통한 흐름을 감소시키거나 또는 정지시키기 위하여 흐름 스트림내로 링키지(도시하지 않음)를 통하여 회전될 수 있다.

도 8은 본 출원의 양호한 MEWT(100)의 다른 선택적 변경예를 도시한다. 상기 스테이터 베인의 출구각 경사는, 상기 로터를 나가는 흐름에서 최소 잔류 소용돌이를 보장할 수 있도록 유체 스트림 속도에서의 변화를 수용하도록 제 위치에서 기계적으로 변화된다(즉, 상기 베인이 피봇된다).

도 9 내지 23 및 26에 도시된 본 출원의 다른 MEWT 실시예는, 임펠러 블레이드의 링을 가지는 터빈 로터보다는 프로펠러형 로터(예를 들면, 도 9에서 142)를 각각 사용한다는 것을 주목한다. 아마 그렇게 효과적이지는 않지만, 이들 실시예는 공중에게 보다 수용가능하게 될 수 있다.

본 발명의 다른 "장치" 실시예는, 필요하다면 이젝터 덮개의 말단 영역(즉, 단부)에 매입된 믹서를 가지는, 제로(예를 들면, 도 26 참조), 하나 및 2-스테이지 이젝터를 포함하는 변경예(200,300,400,500)이다. 상기 이젝터 덮개의 말단 영역에 매입된 믹서(예를 들어 노즐 또는 슬롯)에 대해서는, 예를 들면 도 18, 20 및 22를 참조한다. 상기 터빈 덮개 또는 이젝터로 이전에 들어가지 않았던 (주변 공기)제 3의 공기 스트림은, 상기 제 2-스테이지 이젝터의 믹서로 들어가 상기 말단 영역을 나가는 주 및 보조 공기 스트림의 와류(vortice)와 믹싱되고 그 곳으로 에너지를 전달한다. 이러한 MEWT 실시예는 현존하는 풍력 터빈의 결과로서 발생하는 고유의 속도 결함을 보다 빠르게 제거하고, 따라서 구조적인 손상 및/또는 생산성의 손실을 피하기 위하여 풍력 기지에서 요구되는 이격 거리를 감소시킬 것이라는 분석을 나타내고 있다.

도 6은 이젝터 덮개의 말단 영역에서 믹서를 가지는 실시예(100)의 "2-스테이지" 이젝터 변경예(600)를 도시한다.

도 9 내지 25에서 다른 "장치" 실시예(200,300,400,500)는 다음과 같은 것을 포함하는 것으로 폭넓게 생각할 수 있다.

a. 나팔모양 입구를 가지는 덮개를 구비하는 풍차, 또는 풍력 터빈;

b. 상기 입구의 하류에 있는 프로펠러형 로터;

c. 상기 로터의 하류에 있으며 그것에 인접되게 연장되는 믹서 로브의 링을 가지는 믹서;

d. 상기 믹서 로브의 말단 모서리를 둘러싸며 상기 믹서 로브로부터 하류로 연장되는 이젝터.

본 출원인은, 이젝터(예를 들면, 도 26 참조)가 없을지라도, 본 출원인의 로 터내로 들어가고 변위되는 공기 부피를 또한 증가시킬 수 있고, 따라서 동등한 전방 영역을 가지는 종래의 풍력 터빈(덮개가 있든지 없든지 간에)에 비하여 효율을 증가시킨다. 그러나, 이러한 증가는 이젝터를 가지는 것보다 더 작을 수 있다.

본 출원의 발명은 방법의 측면에서 생각할 수 있다. 넓은 개념에서, 상기 양호한 방법은,

나팔 모양의 입구를 가지는 터빈 덮개와, 임펠러 블레이드의 링을 가지는 하류의 임펠러를 구비하는 형태의 풍력 터빈(양호하게는, 축류식 풍력 터빈)을 위해 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 발생시키기 위한 단계를 포함하고, 상기 단계는,

i) 주변 공기의 주 공기 스트림을 터빈 덮개내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계와;

ii) 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림은 상기 임펠러로 에너지를 전달하는 단계 및;

iii) 주변 공기의 보조 공기 스트림을 오직 상기 임펠러 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 임펠러를 통과한 주 공기 스트림 만을 동반하여(entraining) 믹싱하는 단계에 의하여 이루어진다.

다른 방법은, 다음과 같은 단계의 의해,

나팔 모양 입구를 가지는 터빈 덮개와, 하류의 프로펠러형 로터를 가지는 풍차를 위하여 동력 레벨을 베츠 한계를 넘어서 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 다음의 단계는,

i) 주변 공기의 주 공기 스트림을 터빈 덮개를 통하여 나팔 모양 입구내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계와;

ii) 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림은 상기 로터로 에너지를 전달하여서 보다 낮은 에너지 공기 스트림이 되는 단계 및;

iii) 주변 공기의 보조 공기 스트림을 상기 로터 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 보다 낮은 에너지 공기 스트림과 동반하여 믹싱하는 단계이다.

이젝터 내에서 상기 (보다 낮은 에너지)의 주 공기 스트림과 보조 공기 스트림을 믹싱하는 단계는; 상기 임펠러의 하류에 있는 적어도 터빈 덮개의 실질적인 비균일성으로 인하여 일련의 믹싱 와류를 발생시키고; 상기 보조 공기 스트림으로부터 주 스트림으로 에너지 전달을 발생시킨다.

본 출원의 방법은 또한 다음의 단계를 포함한다.

a. 상기 터빈 덮개에서 임펠러를 회전시킨 이후에, 상기 주 공기 스트림을 상기 임펠러의 회전축으로부터 이격되게 향하게 하는 단계 및;

b. 상기 이젝터 덮개를 들어간 이후에, 상기 보조 공기 스트림을 임펠러 회전축쪽으로 향하게 하는 단계.

상기 양호한 임펠러의 회전축이 상기 덮개의 종방향 중심축과 동축으로 도시되지만, 상기 임펠러의 회전축은 본 발명의 목적을 위해서 그렇게 될 필요는 없다.

뜨거운 코어(core) 배출 가스와 또한 믹스되는 가스 터빈 믹서 및 이젝터와 는 달리, 본 출원의 양호한 방법은 주변 공기의 보조 스트림(즉, 바람)을 오직 터빈 덮개와 로터를 통과한 보다 낮은 에너지의 공기(즉, 주변 공기의 부분적으로 소비된 주 스트림)만을 동반하여 믹싱한다.

본 출원인은, 이들의 양호한 MEWT 실시예(100,200,300,400 및 600)와, 바로 위에서 설명한 본 출원인의 양호한 다른 방법은, 충분한 바람을 가지고, 상기 터빈에 어떠한 심각한 손상도 없이, 몇일, 몇주 및 몇년 동안에 상기 베츠 한계를 넘는 작동 효율을 일관되게 유지할 수 있다는 것을 믿는다.

다시 말하면, 본 출원인은, 이들의 양호한 MEWT 실시예(100,200,300,400 및 600)와, 바로 위에서 설명한 본 출원의 양호한 다른 방법은, 비변칙적인 주기(non-anomalous period)에 걸쳐서 작동 효율의 베츠 한계를 초과하면서 기계적 에너지를 발생시키기 위하여 상기 주 공기 스트림의 파워를 동력화할 수 있다는 것을 믿는다.

보다 넓은 또 다른 방법은, 다음과 같은 단계에 의하여,

로터를 가지는 형태의 풍차를 통하여 흐르는 공기의 부피를 증가시키는 단계를 포함하고, 상기 다음의 단계는,

i) 주변 공기를 상기 임펠러에 인접하고 하류에 있는 믹서를 거쳐서 상기 로터를 통과한 보다 낮은 에너지 공기 만을 오직 동반하여(entraining) 믹싱하는 단계이다.

상기 보다 넓은 방법은, 믹서의 하류에 있는 이젝터에 의해 상기 풍차로부터의 방출 흐름의 소음 레벨을 최소로 하면서 상기 풍차를 통하여 흐르는 주변 공기 의 부피를 증가시키는 단계를 또한 포함할 수 있다.

당업자는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 명백한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 예를 들면, 상기 믹서 로브 또는 이젝터 로브 대신에 슬롯이 사용될 수 있다. 또한, 베츠 한계를 만족시키거나 초과하기 위하여 어떠한 블록커 아암도 필요없다. 따라서, 상술된 설명보다는 다음의 청구범위에 대하여 주로 참조되어야만 한다.

Claims

다음과 같은 단계에 의해,

나팔 모양 입구를 가지는 터빈 덮개와, 임펠러 블레이드의 링을 가지는 하류의 임펠러를 구비하는 형태의 축류식 풍력 터빈을 위해 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 발생시키기 위한 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 다음의 단계는,

i) 주변 공기의 주 공기 스트림을 터빈 덮개를 통하여 그리고 상기 나팔 모양 입구내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계와;

ii) 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림은 상기 임펠러로 에너지를 전달하는 단계 및;

iii) 주변 공기의 보조 공기 스트림을 상기 임펠러 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 임펠러를 통과한 주 공기 스트림 만을 오직 동반하여(entraining) 믹싱하는 단계인 방법.
청구항 1에 있어서,

적어도 다수의 날 동안 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 유지하는 단계를 또한 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,

적어도 다수의 주 동안 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 유지하는 단계를 또한 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 믹서는 상기 이젝터내로 연장되는 믹서 로브의 링을 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 믹서는 다수의 반경 방향으로 이격된 믹서 로브를 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 터빈은 상기 임펠러의 상류에 있는 스테이터 블레이드의 링을 또한 포함하는 방법.
다음과 같은 단계에 의해,

나팔 모양 입구를 가지는 터빈 덮개와, 하류의 프로펠러형 로터를 구비하는 풍차를 위해 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 발생시키기 위한 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 다음의 단계는,

i) 주변 공기의 주 공기 스트림을 터빈 덮개를 통하여 그리고 상기 나팔 모양 입구 내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계와;

ii) 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림은 상기 로터로 에너지를 전달하여서 보다 낮은 에너지 공기 스트림이 되는 단계 및;

iii) 주변 공기의 보조 공기 스트림을 상기 로터 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 로터를 통과한 상기 보다 낮은 에너지 공기 스트림을 동반하여 믹싱하는 단계에 의하여 이루어지는 방법.
청구항 7에 있어서,

적어도 다수의 날 동안 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 유지하는 단계를 또한 포함하는 방법.
청구항 7에 있어서,

적어도 다수의 주 동안 베츠 한계를 넘어서는 동력 레벨을 유지하는 단계를 또한 포함하는 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 믹서는 상기 이젝터내로 연장되는 믹서 로브의 링을 포함하는 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 믹서는 다수의 반경 방향으로 이격된 믹서 로브를 포함하는 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 터빈은 상기 임펠러의 상류에 있는 스테이터 블레이드의 링을 또한 포함하는 방법.
다음과 같은 단계에 의해,

나팔 모양 입구를 가지는 터빈 덮개와, 임펠러 블레이드의 링을 가지는 하류부의 임펠러를 가지는 형태의 축류식 풍력 터빈에 의하여 발생되는 동력 레벨을 증가시키면서, 상기 풍력 터빈의 소음 레벨은 최소로 하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 다음의 단계는,

i) 주변 공기의 주 공기 스트림을 터빈 덮개를 통하여 그리고 그 내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계와;

ii) 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림은 상기 임펠러 블레이드에 에너지를 전달하여서 보다 낮은 에너지 공기 스트림이 되는 단계 및;

iii) 주변 공기의 보조 공기 스트림을 상기 임펠러 블레이드 하류에 순차적으로 있는 믹서 및 이젝터를 거쳐서 상기 임펠러 블레이드를 통과한 상기 보다 낮은 에너지 공기 스트림을 동반하여 믹싱하는 단계인 방법.
다음과 같은 단계에 의해,

입구를 가지는 공기역학적 외형의 터빈 덮개와, 임펠러 블레이드의 링을 가지는 하류의 임펠러를 가지는 형태의 축류식 풍력 터빈을 통하여 흐르는 공기 부피 를 증가시키는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 다음의 단계는,

i) 주변 공기를 상기 임펠러 하류에 있는 믹서를 거쳐서 상기 임펠러 블레이드를 통과한 보다 낮은 에너지 공기만을 오직 동반하여 믹싱하는 단계에 의하여 이루어지는 방법.
청구항 14에 있어서,

상기 믹서의 하류부에 있는 이젝터에 의하여, 상기 풍력 터빈으로부터 방출 흐름의 소음 레벨을 최소로 하면서, 상기 터빈을 통과하는 주변 공기의 부피를 증가시키는 단계를 또한 포함하는 방법.
다음과 같은 단계에 의해,

로터를 가지는 형태의 풍차를 통하여 흐르는 공기 부피를 증가시키는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 다음의 단계는,

i. 주변 공기를 상기 로터의 하류에 있는 믹서를 통해서 상기 로터를 통과한 보다 낮은 에너지 공기만을 오직 동반하여 믹싱하는 단계에 의하여 이루어지는 방법.
청구항 16에 있어서,

상기 믹서의 하류부에 있는 이젝터에 의하여, 상기 풍차로부터 방출 흐름의 소음 레벨을 최소로 하면서, 상기 풍차를 통해 흐르는 주변 공기의 부피를 증가시 키는 단계를 또한 포함하는 방법.
풍력 터빈 작동 방법으로서, 상기 방법은,

a. 바람 스트림에서 상류 방향 및 하류 방향을 가지는 풍력 터빈을 제공하는 단계;

b. 주 공기 스트림을 터빈 덮개 내로 그리고 그것을 통하여 수용하고 향하게 하는 단계;

c. 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 에너지는 상기 주 공기 스트림으로부터 상기 임펠러로 전달되는 단계;

d. 이전에 상기 터빈 덮개를 통과하지 않았던 보조 공기 스트림과, 상기 터빈 덮개를 나온 이후의 주 공기 스트림을, 상기 터빈 덮개에 인접하게 위치된 이젝터 덮개내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계로서, 상기 보조 공기 스트림은 상기 임펠러를 회전시킨 이후에 상기 주 공기 스트림이 포함하고 있는 에너지 보다 더 많은 에너지를 포함하는 상기 단계 및;

e. 상기 이젝터 덮개를 들어간 이후에 상기 주 공기 스트림과 보조 공기 스트림을, 상기 주 공기 스트림과 보조 공기 스트림이 혼합되어서 상기 보조 공기 스트림으로부터 주 공기 스트림으로 에너지 전달을 발생시킬 수 있는 방향으로 향하게 하기 위한 단계를 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
청구항 18에 있어서,

a. 상기 터빈 덮개에서 상기 임펠러를 회전시킨 이후에, 상기 임펠러의 회전축으로부터 상기 주 공기 스트림을 이격되게 향하게 하는 단계 및;

b. 상기 이젝터 덮개를 들어간 이후에 상기 보조 공기 스트림을 상기 임펠러 회전축을 향하게 하기 위한 단계를 또한 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
청구항 18에 있어서,

a. 상기 터빈 덮개에서 상기 임펠러 덮개를 회전시킨 이후에 상기 주 공기 스트림 부분을, 상기 임펠러의 회전축상의 위치로부터 이격되게 그리고 상기 터빈 덮개로부터의 하류에 있는 위치로 향하게 하기 위한 단계 및;

b. 상기 이젝터 덮개로 들어간 이후에 상기 보조 공기 스트림의 부분을, 상기 임펠러 회전축상의 위치쪽을 향하게 함으로써, 상기 보조 공기 스트림으로부터 상기 주 공기 스트림으로 에너지가 전달되는 단계를 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
풍력 터빈 작동 방법으로서, 상기 방법은,

a. 바람 스트림에서 상류 방향 및 하류 방향을 가지는 풍력 터빈을 제공하는 단계;

b. 주 공기 스트림을 터빈 덮개 내로 그리고 그것을 통하여 수용하고 향하게 하는 단계;

c. 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 에너지는 상기 주 공기 스트림으로부터 상기 임펠러로 전달되는 단계;

d. 이전에 상기 터빈 덮개를 통과하지 않았던 보조 공기 스트림과, 상기 터빈 덮개를 나온 이후의 주 공기 스트림을, 상기 터빈 덮개에 인접하게 위치되고 또한 그 출구와 실질적으로 동심으로 있는 이젝터 덮개내로 수용하고 향하게 하기 위한 단계를 포함하고,

e. 상기 이젝터 덮개로 들어갈 때에 상기 보조 공기 스트림은, 상기 임펠러를 회전시킨 이후의 주 공기 스트림보다 더 높은 에너지의 공기 스트림이며;

f. 상기 보조 공기 스트림은 상기 이젝터 덮개내에서 상기 주 공기 스트림과 믹스되며;

g. 상기 보조 공기 스트림은, 주 공기 스트림을 외향으로 둘러싸고 그것과 혼합되며 그것으로 에너지를 전달하는 풍력 터빈 작동 방법.
청구항 21에 있어서,

상기 보조 공기 스트림은 상기 주 공기 스트림과 동축인 풍력 터빈 작동 방법.
풍력 터빈 작동 방법으로서, 상기 방법은,

a. 바람 스트림에서 상류 방향 및 하류 방향을 가지는 풍력 터빈을 제공하는 단계;

b. 주 공기 스트림을 터빈 덮개 내로 그리고 그것을 통하여 수용하고 향하게 하는 단계;

c. 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개 내에서 임펠러를 회전시키는 단계;

d. 상기 터빈 덮개를 통과하지 않고 상기 터빈 덮개 주위를 지나가는 보조 공기 스트림을 이젝터 덮개내로 그리고 그것을 통하여 수용하고 향하도록 함으로써, 상기 보조 공기 스트림은 일련의 믹싱 와류를 발생시키기 위하여 이젝터 내부에서 상기 주 공기 스트림과 믹스되는 단계를 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
청구항 23에 있어서,

상기 보조 공기 스트림은 상기 임펠러의 하류에 있는 적어도 터빈 덮개의 실질적인 비균일성으로 인하여 일련의 믹싱 와류를 발생시키기 위하여 주 공기 스트림과 믹스되는 풍력 터빈 작동 방법.
상류 방향 및 하류 방향을 가지는 축류식 풍력 터빈 작동 방법으로서,

a. 공기 스트림에서 축류식 풍력 터빈을 제공하는 단계로서, 상기 축류식 풍력 터빈은 터빈 스테이지, 믹서 및 상기 믹서로부터 하류로 연장되는 이젝터를 포함하는 상기 단계 및;

b. 서로에 대하여 높은 에너지 공기와 낮은 에너지 공기가 상기 터빈 스테이지를 통한 공기흐름을 향상시키기 위하여 믹스될 수 있도록, 상기 이젝터에 대한 믹서의 위치선정으로 인하여 믹서/이젝터 펌프로 상기 축류식 풍력 터빈을 작동시키는 단계를 포함하는 축류식 풍력 터빈 작동 방법.
향상된 축류식 풍력 터빈 작동 방법으로서,

a. 바람 스트림에서 상류 방향 및 하류 방향을 가지는 풍력 터빈을 제공하는 단계;

b. 주 공기 스트림이 상기 임펠러를 회전시키기 위하여 임펠러를 지나서 통과할 수 있도록 상기 터빈을 통하여 주 공기 스트림을 수용하는 단계;

c. 보조 공기 스트림이 상기 터빈 덮개를 통과하지 않고 상기 터빈 덮개 주위를 지나며 또한 상기 보조 공기 스트림이 이젝터 덮개를 통과할 수 있도록 상기 보조 공기 스트림을 수용하는 단계 및;

d. 상기 축류식 풍력 터빈의 작동 효율을 베츠 한계를 초과하면서 기계적인 에너지를 발생시키기 위하여 상기 주 공기 스트림의 파워를 이용하는 단계를 포함하는 풍력 터빈 작동 방법
청구항 26에 있어서,

비변칙적인 주기(non-anomalous period)에 걸쳐서 상기 축류식 풍력 터빈의 작동 효율을 베츠 한계를 초과하면서 기계적 에너지를 발생시키기 위하여 상기 주 공기 스트림의 파워를 이용하는 단계를 또한 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
청구항 26에 있어서,

상기 축류식 풍력 터빈의 작동 효율을 일관되게 베츠 한계를 초과하면서 기 계적 에너지를 발생시키기 위하여 상기 주 공기 스트림의 파워를 이용하는 단계를 또한 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
청구항 26에 있어서,

a. 제 3 공기 스트림을 수용하여 상기 제 3 공기 스트림이 상기 터빈 덮개 및 이젝터 덮개를 이전에 통과하지 않고 상기 터빈 덮개 주위를 통과하여서, 상기 제 3 공기 스트림이 이젝터 덮개의 말단 영역에서 믹서를 통과하는 단계를 또한 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
풍력 터빈 작동 방법으로서,

a. 바람 스트림에서 상류 방향 및 하류 방향을 가지는 풍력 터빈을 제공하는 단계;

b. 주 공기 스트림을 터빈 덮개내로 그리고 그것을 통하여 수용하고 향하게 하는 단계;

c. 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개의 내부에서 임펠러를 회전시키고, 따라서 상기 주 공기 스트림으로부터 상기 임펠러로 에너지가 전달되는 단계;

d. 상기 터빈 덮개를 이전에 통과하지 않았던 보조 공기 스트림과, 상기 터빈 덮개를 나온 이후의 주 공기 스트림을, 상기 터빈 덮개의 출구에 인접되게 위치되고 그것과 실질적으로 동심으로 위치되는 이젝터 덮개내로 수용하는 단계로서, 상기 단계에서,

i. 상기 이젝터 덮개로 들어갈 때 상기 보조 공기 스트림은, 상기 임펠러를 회전시킨 이후의 주 공기 스트림보다 더 높은 에너지 공기 스트림이며,

ii. 상기 보조 공기 스트림은 상기 이젝터 덮개내에서 상기 주 공기 스트림과 믹스되며;

iii. 상기 보조 공기 스트림은, 주 공기 스트림을 외향으로 둘러싸고 그것과 혼합되며 그것으로 에너지를 전달하는 상기 단계 및;

e. 상기 터빈 덮개 및 이젝터를 이전에 통과하지 않았던 제 3 공기 스트림을, 상기 이젝터 덮개의 말단 영역에 매입된 믹서 내로 수용하는 단계로서, 상기 단계에서,

i. 상기 이젝터 덮개의 믹서로 들어갈 때 상기 제 3 공기 스트림은, 상기 임펠러를 회전시킨 이후의 주 공기 스트림보다 더 높은 에너지 공기 스트림이며,

ii. 상기 제 3 공기 스트림은, 상기 이젝터 덮개를 나오는 믹스된 주 공기 스트림과 보조 공기 스트림을 외향으로 둘러싸고 그들과 혼합되며 그들로 에너지를 전달하는 상기 단계를 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.
풍력 터빈 작동 방법으로서,

a. 바람 스트림에서 상류 방향 및 하류 방향을 가지는 풍력 터빈을 제공하는 단계;

b. 주 공기 스트림을 터빈 덮개 내로 그리고 그것을 통하여 수용하고 향하게 하는 단계;

c. 상기 주 공기 스트림에 의하여 상기 덮개의 내에서 임펠러를 회전시키는 단계;

d. 상기 터빈 덮개를 통과하지 않고 상기 터빈 덮개 주위를 통과하였던 보조 공기 스트림을 상기 이젝터 덮개내로 그리고 그것을 통하여 수용하고 향하게 하는 단계로서, 상기 보조 공기 스트림은 일련의 믹싱 와류를 발생시키기 위하여 상기 이젝터 내부에서 상기 주 공기 스트림과 믹스되는 상기 단계 및;

e. 상기 터빈 덮개를 통과하지 않았고, 이전에 상기 이젝터 덮개를 통과하지 않았던 제 3 공기 스트림을, 상기 이젝터 덮개의 말단 영역에서 믹서 내로 수용하고 향하게 하는 단계로서, 상기 단계에서,

i. 상기 이젝터 덮개의 믹서로 들어갈 때 상기 제 3 공기 스트림은, 상기 임펠러를 회전시킨 이후의 주 공기 스트림보다 더 높은 에너지 공기 스트림이며,

ii. 상기 제 3 공기 스트림은, 상기 일련의 믹싱 와류를 외향으로 둘러싸고 그것과 혼합되며 그것으로 에너지를 전달하는 상기 단계를 포함하는 풍력 터빈 작동 방법.